基于数值模拟的2种条纹沟槽减阻特性对比分析

湍流减阻是流体力学研究的热点问题,在诸多湍流减阻方法中,条纹沟槽因其结构简单和使用方便等特点,受到广泛关注。为了探究沟槽形貌对沟槽减阻效果的影响,采用基于大涡模拟的CFD方法,数值研究三角形与梯形沟槽对湍流边界层流场的影响及减阻特性。通过RANS、DES和LES方法分别对光滑槽道湍流进行数值模拟,并与直接数值模拟的结果进行对比,验证了大涡模拟方法的准确性和可行性。基于参考文献的实验结果,对三角形与梯形沟槽湍流边界层流场的积分统计量、一阶统计量和二阶统计量等流场参数进行了对比分析,并通过对减阻率、时均速度、速度脉动均方根、剪应力、湍动能生成项和展向脉动速度等物理参量变化及影响规律研究,探讨了2种条纹沟槽减阻特性,由此得出结论：在相同无量纲条件下,梯形沟槽相较三角形沟槽减阻效果更好。     

壁面沟槽减阻数值模拟研究

针对壁面流动问题,在PHOENICS 3.6软件平台上,采用RNGk-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层速度分布和粘性阻力,研究了不同雷诺数对V型沟槽减阻效果、湍流边界层内的速度分布以及沟槽壁面切应力的影响,结果表明,对于一种尺寸的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,证明了沟槽具有削弱湍流湍动的功能。     

沟槽面在湍流减阻中的应用

对近些年来的沟槽面湍流减阻技术的工业应用方向 ,沟槽的几何形状和尺度、流场压力梯度、沟槽面放置方式对于沟槽减阻效能的影响 ,沟槽面对于湍流边界层流动特性的影响 ,沟槽面的湍流减阻机理几方面研究进展进行了综述。从湍流拟序结构理论出发提出 :具有减阻效应的沟槽面不但能通过控制低速制条带间距来降低湍流“猝发”频率 ,而且在“猝发”后的高速“下扫”过程中因其几何结构使藏在槽内的安静流体避免或部分避免因高速“下扫”而“诱导”出较大速度剪切层 ,从而实现减阻。同时指出需要利用先进的实验技术如PIV等图像处理手段并结合直接数值模拟对湍流边界层的瞬时流场进行研究 ,以其找出湍流边界层的流动结构及其运动规律。     

横向沟槽减阻中的涡结构识别方法研究

湍流相干结构演化规律的分析是探究沟槽减阻机理的一项重要研究手段。为探究Liutex参数与Omega准则在沟槽减阻机理研究中的适应性问题,采用大涡模拟方法,对设置有横向沟槽结构的槽道流域进行数值模拟,比较了Liutex参数及Omega准则和传统识别方法识别结果的异同。通过与传统涡识别方法综合对比后发现：Omega准则的阈值选取更加方便,且敏感度低,鲁棒性强,但对于壁面附近的小涡结构,相较于传统识别方法,并无突出优势;Liutex线相较于涡量线更加准确且规整,与涡结构的吻合性更佳;Omega准则与Liutex参数在横向沟槽结构流域的减阻机理分析中均具有很好的适应性,对于沟槽减阻机理的研究具有重要意义。     

减阻沟槽表面对湍流边界层高阶矩特性的影响

以光滑平板及间隔V型减阻沟槽面为研究对象,利用二维LDV系统获得光滑平板及沟槽板上部区域湍流边界层流场的流动参数。通过象限分析法深入研究减阻沟槽表面湍流边界层中雷诺切应力的变化情况,着重考察沟槽面对湍流边界层高阶统计参数的影响,并将高阶统计参量同湍流边界层相干运动规律结合起来,由此来探讨沟槽面与湍流边界层之间的相互作用规律。结果表明,沟槽的存在抑制了整个近壁区低速条带的喷射运动,降低了y+<15区域内高速流体的下扫强度;雷诺切应力以及湍动能的法向输运主要是由喷射和下扫这两种运动来完成的,沟槽的存在削弱了雷诺切应力及湍动能的法向输运水平;沟槽的存在减小了y+<13区域内的流向速度脉动的偏斜因子与y+<3区域内流向速度脉动的平坦因子。     

沟槽面在湍流减阻中的技术研究及应用进展

针对长输管道中存在的能源消耗问题,分别从湍流边界层流动特性、拟序结构、条带结构、转捩等方面归纳了沟槽面湍流减阻的国内外研究现状,讨论了沟槽的几何形状和尺度、流场压力梯度、沟槽面放置方式对沟槽减阻效能的影响.对沟槽面的减阻机理进行了综述,分析了存在的问题.指出需要利用先进的实验技术如PIV等图像处理手段,并结合计算流体力学软件对湍流边界层的瞬时流场进行研究,以找出沟槽面湍流减阻的机理.数值模拟了在平板中部横向布置的下凹沟槽的流场情况,得到了一种小涡流动结构,同时验证了这种结构在减阻中的作用,阐述了对减阻的另一种认识,并对沟槽面湍流减阻技术及其工业利用进行了展望.     

壁面湍流质量注入减阻效应的数值研究

为解释边界层质量注入减少摩擦阻力机理,采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程,基于最近发展的的Wilcox k-ω湍流模式,对二维壁湍流质量注入进行了数值研究。计算得到的局部摩擦阻力系数与试验结果比较,表明该模式在该情况下具有较高的精度。在其他参数保持不变的条件下,分有无质量注入2种情况,确认了质量注入会增加边界层厚度的膨胀效应,促进了边界层内湍流的发展程度,解释了减阻效应。通过速度剖面分布、湍动能及涡粘系数的分布比较,有助于加深人们对该流动现象的认识。     

湍流减阻流附面层流动模型

以滚动涡湍流减阻理论为基础，建立了二维近壁附面层流动模型二维滚动涡与二维平行层流的叠加流场。通过数值计算结果的分析，解释了发生于湍流减阻流附面层中流动结构的各种奇异特征。     

壁面纵向沟槽减阻的实验研究

平板表面开Ｖ形纵向沟槽,与光滑板进行流动阻力对比试验,结果表明,表面开沟槽以后具有明显的减阻效果,其减阻程度取决于表面所开纵向沟槽的几何特性。在实验范围内,０１ｍｍ沟槽减阻效果最佳,减阻率可达１０％。     

颗粒在湍流中运动的数值模拟方法

详细讨论了湍流中颗粒运动的直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）方法。尤其是研究了大涡模拟的子网络模型通过模拟,最后得到大涡模拟（LES）方法是模拟湍流中流中颗粒运动的适用方法。     

凹槽内剪切流动特性对滑动减阻的影响

为了揭示凹槽内部剪切流动特性对滑动减阻效果的影响,利用静、动滑动摩擦因数测试系统和计算流体力学方法,理论、实验和数值模拟研究了凹槽高宽比(e=0.5、1.0、2.0、3.0)、凹槽几何尺寸、壁面运动速度等因素,对凹槽内的剪切流动特性及壁面滑动减阻效果的影响.研究发现,凹槽结构增加了润滑油滑动减阻效果,凹槽几何结构对减阻效果有明显影响,当凹槽宽度L、深度H均为2 mm时,凹槽的减阻效果相对较好,且壁面运动速度对其剪切力减小率fτ的影响较小.此外,凹槽尺寸、壁面滑动速度对凹槽内流场特性有重要影响,不同工况下凹槽内部存在上下2个涡或者1个大涡和2个边角涡.结果表明:凹槽内的剪切流动特性对滑动减阻效果有重要影响,并可为滑块表面凹槽结构设计提供重要的指导.     

HTAB在固液两相流中的减阻特性研究

为了探究添加HTAB下不同稠密粗细固体颗粒固液两相流的流动特征,采用直径为10 mm的不锈钢管作为实验管道,对影响固液两相流阻力特性的主要因素进行了研究.结果表明,影响固液两相流阻力特性的主要因素为固体质量浓度和固体颗粒粒径.通过改变固体质量浓度和颗粒粒径,观察添加表面活性剂对固液两相流的减阻特性影响情况,发现在相同表...     

极限减阻状态速度波动的统计特征

在分析溶液中大分子运动状态的基础上,对减阻液非牛顿层流的速度波动成因提出了理论模型,并建立了波动统计参数的基本方程。根据极限减阻状态的实验资料,对方程进行了求解。所得结果对于从亚微观层次解释减阻机理有实际意义。     

柔性管流体输送紊流减阻的力学特征

为阐明柔性管与紊流耦合的减阻力学特性,采用双重管结构对柔性管的减阻效果、使用压力传感器和应变仪对柔性管的管外壁位移脉动特性和壁压脉动特性进行了实验研究。结果表明：壁厚越小以及雷诺数越大,柔性管的减阻率越大,雷诺数约为18000时,厚为2 mm、3 mm及4 mm柔性管的减阻率分别12%、10%、9%;柔性管的壁压脉动强度大幅度受到抑制;柔性管外壁的位移脉动与壁压脉动基本同步。柔性管壁压脉动的大幅受抑可认为是柔性管减阻的主要原因。     

对高聚物减阻机理的探讨

本文提出了高聚物减阻机理——板块学说以此能解释减阻中出现的诸多现象,弥补了其它减阻机理学说的不足,减阻机理的探讨,为推动减阻技术在工程技术中的应用是有积极意义的.     

高聚物减阻机理的研究综述

对有关高聚物减阻机理的代表性研究及进展进行了简要的综述,并对"应力各向异性说"这种较新的观点进行了介绍。     

洞塞对表面活性剂减阻管流阻力特性的影响

为探究单洞塞对表面活性剂减阻水溶液管流阻力特性的影响,采用不同孔径比和长径比的洞塞 以及不同浓度减阻剂水溶液,实验测试了不同工况下的局部阻力损失和沿程阻力损失并与纯水的相应结果进 行比对。研究结果表明：随着减阻水溶液浓度的增大,洞塞的局部阻力系数的拐点向后平移,减阻雷诺数范 围越大,局部阻力减阻持续的雷诺数范围越宽。在洞塞直径对管直径比一定的条件下,洞塞长度对管直径比 较小时,局部阻力较大;而洞塞长度对管直径比较大时,局部阻力较小。在长径比一定的条件下,局部阻力 随洞塞孔径比的增大而减小,且在洞塞下游,减阻水溶液再次形成具有稳定减阻效果的流动所需要的再发展 距离随着洞塞孔径比而减小。     

非牛顿流体边界层减阻流动研究

研究了四常数Maxwell-Oldroyd模型非牛顿流体边界层流动,给出了边界层内速度分布数值解,以及边界层厚度、摩阻系数沿程变化关系。为探讨高分子稀溶液管内流动减阻提供了理论依据。